論文の概要: Quantum Network Tomography for General Topology with SPAM Errors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.01074v1
- Date: Sun, 02 Nov 2025 20:42:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-05 20:56:29.056958
- Title: Quantum Network Tomography for General Topology with SPAM Errors
- Title（参考訳）: SPAMエラーを用いた一般トポロジーのための量子ネットワークトモグラフィ
- Authors: Xuchuang Wang, Matheus Guedes De Andrade, Guus Avis, Yu-zhen Janice Chen, Mohammad Hajiesmaili, Don Towsley,
- Abstract要約: 量子ネットワークトモグラフィー(QNT)の目標は、外部の周辺操作から量子ネットワークの内部量子チャネルを特徴づけることである。
量子ネットワークにおいて,Mergecastと呼ばれる新しいネットワークトモグラフィ手法を導入する。
我々は、状態準備測定(SPAM)エラーを含むより現実的なQNTシナリオに調査を拡大する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.656222951626084
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The goal of quantum network tomography (QNT) is the characterization of internal quantum channels in a quantum network from external peripheral operations. Prior research has primarily focused on star networks featuring bit-flip and depolarizing channels, leaving the broader problem -- such as QNT for networks with arbitrary topologies and general Pauli channels -- largely unexplored. Moreover, establishing channel identifiability remains a significant challenge even in simplified quantum star networks. In the first part of this paper, we introduce a novel network tomography method, termed Mergecast, in quantum networks. We demonstrate that Mergecast, together with a progressive etching procedure, enables the unique identification of all internal quantum channels in networks characterized by arbitrary topologies and Pauli channels. As a side contribution, we introduce a subclass of Pauli channels, termed bypassable Pauli channels, and propose a more efficient unicast-based tomography method, called BypassUnicast, for networks exclusively comprising these channels. In the second part, we extend our investigation to a more realistic QNT scenario that incorporates state preparation and measurement (SPAM) errors. We rigorously formulate SPAM errors in QNT, propose estimation protocols for such errors within QNT, and subsequently adapt our Mergecast approaches to handle networks affected by SPAM errors. Lastly, we conduct NetSquid-based simulations to corroborate the effectiveness of our proposed protocols in identifying internal quantum channels and estimating SPAM errors in quantum networks. In particular, we demonstrate that Mergecast maintains good performance under realistic conditions, such as photon loss and quantum memory decoherence.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークトモグラフィー(QNT)の目標は、外部の周辺操作から量子ネットワークの内部量子チャネルを特徴づけることである。
それまでの研究は主に、ビットフリップや偏極チャネルを特徴とする星ネットワークに重点を置いてきたが、これは、任意のトポロジを持つネットワークのQNTや一般的なパウリチャネルといった、より広範な問題を残している。
さらに、チャネル識別性を確立することは、単純化された量子スターネットワークにおいても重要な課題である。
本稿では,量子ネットワークにおいてMergecastと呼ばれる新しいネットワークトモグラフィ手法を導入する。
我々は,Mergecastがプログレッシブエッチング手法とともに,任意のトポロジとパウリチャネルを特徴とするネットワーク内の全ての内部量子チャネルを一意に識別できることを実証した。
副次的なコントリビューションとして、バイパス可能なPauliチャネルと呼ばれるPauliチャネルのサブクラスを導入し、これらのチャネルのみで構成されるネットワークに対して、BypassUnicastと呼ばれるより効率的なユニキャストベースのトモグラフィー手法を提案する。
第2部では、状態準備測定(SPAM)エラーを取り入れたより現実的なQNTシナリオについて検討する。
我々は、QNTにおけるSPAMエラーを厳格に定式化し、QNT内でそのようなエラーに対する推定プロトコルを提案し、その後、SPAMエラーに影響を受けるネットワークを扱うためにマージキャストアプローチを適用した。
最後に、NetSquidをベースとしたシミュレーションを行い、内部量子チャネルを同定し、量子ネットワークにおけるSPAMエラーを推定するプロトコルの有効性を裏付ける。
特に,Mergecastは光子損失や量子メモリのデコヒーレンスといった現実的な条件下で優れた性能を維持していることを示す。
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